Katrs nākamais atomu anatomijas un konstrukcijas modelis tika balstīts uz iepriekšējo. Filosofi, teorētiķi, fiziķi un zinātnieki daudzu gadsimtu gaitā pakāpeniski attīstīja atomu paradigmu. Tika ierosināti, modificēti un galu galā noraidīti vai pieņemti vairāki hipotētiski modeļi. Daudzi zinātnieki un domātāji veica atklājumus un veica eksperimentus, lai sasniegtu pašlaik pieņemto atomu modeli. Matemātikas un specializēto tehnoloģiju attīstība lielā mērā veicināja mūsdienu izpratni par atomu dabu.
Agrīnie sfēriskie modeļi
Tā kā atomi ir pārāk mazi, lai tos varētu redzēt, pirmie teorētiskie modeļi bija intelektuālas konstrukcijas, kuru pamatā bija induktīvās un deduktīvās spriešanas loģiskās metodes. Grieķu klasiskais filozofs Demokrits pirmais ierosināja atomu esamību 400. gadā p.m.ē. Viņš pamatoja, ka matēriju nevar sadalīt bezgalīgi un tai jāsastāv no nedalāmām apaļām daļiņām, kuras sauc atomi. 1800. gadā Džons Daltons nonāca pie tāda paša viedokļa par atomismu, izmantojot eksperimentālo metodi gāzu un savienojumu izpētei. Viņa teoriju sauca par cietās sfēras jeb biljarda bumbas modeli.
Plūmju pudiņa modelis
1904. gadā britu fiziķis Dž. Tompsons izlika plūmju pudiņu jeb rozīņu bulciņu - atomizācijas modeli. Tas balstījās uz zināšanām par nesen atklātajām negatīvi lādētajām subatomiskām daļiņām, kuras sauc par elektroniem. Tompsona eksperimenti ar katodstaru lampām mudināja viņu teorētiski uzskatīt, ka atomu iekšienē ir sīkas daļiņas, kas bija visu atomu pamatsastāvdaļas. Viņa modelis paredzēja negatīvos elektronus vai plūmes, kas suspendētas pozitīvi lādētajā ietvarā, vai pudiņu.
Divi planētu orbītas modeļi
Laikā no 1910. līdz 1911. gadam Ernests Rezerfords ierosināja atoma planētu jeb kodola modeli. Viņš uzskatīja, ka atomus galvenokārt veido tukša telpa ar blīvu kodolu. Viņa eksperimenti ietvēra alfa daļiņu šaušanu uz zelta folijas. Viņš secināja, ka pozitīvais kodols satur lielāko daļu atoma masas. Ar savu orbītas modeli Nīls Bohs 1913. gadā pilnveidoja ideju par atomu kā niecīgu Saules sistēmu. Bora modelī elektroni riņķoja ap kodolu čaulām līdzīgos slāņos.
Elektronu mākoņu modelis
Luijs de Brolijs un Ervins Šrodingers izstrādāja elektronu mākoņa jeb kvantu mehānisko modeli. Viņi balstīja modeli uz fizikas kvantu mehānikas nozares sasniegumiem. Elektronu vietā fiksētās orbītās mākoņa modelim ir orbītas, ko nosaka varbūtības sadalījums ap kodolu. Atkarībā no novērošanas un mērīšanas elektroni varētu atrasties daudzās dažādās vietās, dažreiz vienlaicīgi.